夏玉米叶片气体交换参数对干旱过程的响应

目前已经开展了大量的干旱对作物叶片气体交换参数影响的研究,但关于作物叶片气体交换参数对干旱过程的响应及其关键阈值的研究仍较少。基于夏玉米七叶期开始的5个初始水分梯度的长时间持续干旱模拟实验资料,分析了不同强度持续干旱过程中夏玉米叶片气体交换参数(净光合速率Pn,气孔导度Gs,蒸腾速率Tr,胞间CO_2浓度Ci和气孔限制值Ls)的变化规律及其关键阈值。结果表明,玉米的净光合速率(Pn),蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)在干旱发生初期呈大幅度下降,但随着干旱持续会出现一定的适应性。利用统计容忍限方法确定了夏玉米拔节期Pn,Tr和Gs响应干旱的临界土壤相对湿度(0—30cm)分别为53%,51%和48%,对应的临界叶含水率分别为81.8%,81.3%和81.2%。夏玉米光合作用由气孔限制向非气孔限制转换的0—30cm土壤相对湿度均为44%±2%,对应的叶含水率均为77.6%±0.3%。研究结果可为夏玉米干旱发生发展过程的监测预警提供依据。     

干旱胁迫对玉米苗期叶片光系统Ⅱ性能的影响

以陕单609为材料,采用盆栽试验,设置中度、重度干旱胁迫2个处理,研究干旱胁迫对苗期玉米叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)性能、干物质积累、保护酶活性及脯氨酸含量的影响.结果表明:随着干旱胁迫程度的增加,玉米于物质积累量、叶面积、株高下降显著;PSⅡ复合体的不稳定性加重(L-band ＞0),供体侧放氧复合体受到伤害(K-band ＞0),受体侧电子传递链受到抑制(Ψ0显著下降),进而导致光系统Ⅱ整体性能下降(PIABS显著下降).在中度和重度干旱胁迫下,超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性,以及脯氨酸含量均显著增加,分别为对照的1.3、1.1、1.2、5.8倍和1.1、3.3、1.5、15.0倍.这表明干旱胁迫引起的玉米叶片光系统Ⅱ供受体侧的损伤是光系统Ⅱ性能下降的原因,导致玉米干物质生产下降,而保护酶和脯氨酸对玉米抵御干旱胁迫起到了积极的作用.     

苗期玉米叶片碳氮平衡与干旱诱导的叶片衰老之关系

为了探究干旱诱导的碳氮平衡破坏与干旱诱导的叶片衰老之间的关系,该实验以8个在干旱胁迫下叶片衰老进程有明显差异的玉米品种为实验材料,采用PEG模拟干旱处理,通过测定光合速率、叶绿素含量和叶绿素荧光参数等叶片衰老指标以及非结构性碳水化合物(可溶性糖、淀粉)和全氮含量等变化,分析玉米中干旱诱导的叶片衰老与叶片中碳氮平衡(碳氮比)之间的关系。结果显示:(1)干旱胁迫下,8个玉米品种叶片净光合速率受到严重抑制,Fv/Fm大幅下降,叶绿素含量显著降低,说明干旱诱导了玉米叶片的衰老;(2)干旱诱导玉米叶片衰老的同时,8个玉米品种的叶片中可溶性糖含量显著升高,淀粉含量小幅上升,全氮含量大幅降低,碳氮比显著升高,碳氮平衡遭到了破坏;(3)8个玉米品种叶片的叶绿素含量与非结构性碳水化合物含量以及碳氮比呈极显著负相关关系,与全氮含量呈极显著正相关关系。因此,碳氮代谢与干旱诱导的叶片衰老紧密联系,碳氮平衡可能参与了干旱诱导的叶片衰老调控。     

大田淹水对夏玉米叶片衰老特性的影响

选用登海605(DH605)和郑单958(ZD958)为试验材料,在大田条件下研究了不同淹水时期(三叶期、拔节期和开花后10 d)和持续时间(3 d、6 d)淹水对夏玉米叶片衰老特性的影响.研究表明: 淹水胁迫后超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等保护酶活性以及可溶性蛋白含量较不淹水对照显著下降,而丙二醛(MDA)含量显著升高,三叶期淹水6 d后DH605和ZD958的含量较对照分别升高35.3%和34.1%.淹水胁迫后叶片叶绿素含量降低,产量显著下降.三叶期淹水6 d对夏玉米产量的影响最大,DH605和ZD958较对照分别减产32.1%和35.2%.不同生育期中,三叶期淹水造成的影响最大,拔节期次之,开花后10 d淹水造成的影响较小,且影响程度随淹水持续时间的延长而加剧.     

玉米幼苗叶片生长部位和瞬时生长速率的测定

研究植物生长不但需要知道生长的部位,更需测定其生长速率。过去曾用“等距线条或方格”、“水平显微镜”、“生长自动记录仪”以及直接度量生长器官等方法,测定植物生长部位和生长速率。本文介绍另一种测定玉米等单子叶植物叶片生长部位及生长速率的方法。 1.叶片生长部位的测定单子叶植物     

夏玉米三叶期持续干旱下不同叶位叶片含水量变化及其与光合作用的关系

植物干物质的累积依赖于群体光合速率,而群体光合速率又与单叶的光合能力密切有关。叶片光合作用与其含水量密切相关,目前关于不同叶位叶片含水量对持续干旱的响应及其与光合作用的关系还未见报道。以华北夏玉米郑单958为材料,设置6个不同灌水处理,模拟不同灌溉量下持续干旱对夏玉米不同叶位叶片生理特性的影响,分析夏玉米顶部开始的第一、三、五叶位叶片的水分变化及其与净光合速率的关系。结果表明:夏玉米不同叶位的叶片最大含水量不同,且随干旱进程的推进叶片含水量的变化速率也不同,第一叶的叶片含水量下降速率高于第三、第五叶,第一叶的最大含水量高于第三、五叶,且可进行光合产物积累的叶片含水量下限随叶位的增加而增大。同时,第一叶的叶片含水量与土壤水分呈显著相关,且与净光合速率的相关性也非常强。第一叶可进行光合产物积累的叶片水分下限(净光合速率为零时的叶片含水量)最小,表明其耐旱性最强,对干旱具有指导意义。研究结果可为提高冠层光合作用模拟的准确性及夏玉米干旱发生发展的监测预警提供参考。     

华北夏玉米干物质分配系数对干旱胁迫的响应

干物质分配系数反映作物各器官干物质的分配与积累,研究干物质分配系数对干旱胁迫的响应,是研究干旱胁迫对作物生长发育影响的基础.本文基于华北夏玉米主产省山东、河北和山西3个试验点2013—2015年田间水分控制试验资料,建立了夏玉米苗期、抽雄期、灌浆期3个主要发育阶段叶、茎、穗的干物质分配系数与土壤相对湿度的定量关系模型,分析了叶、茎、穗干物质分配系数对不同程度干旱胁迫的响应.结果表明: 3个阶段叶、茎、穗的干物质分配系数与土壤相对湿度均呈显著的一元二次关系.干旱胁迫下,叶片向外转运的干物质相对减少,叶干物质分配比例增加,并且在轻、中度干旱胁迫时的灌浆期(叶干物质分配系数增加0.04~0.09)以及重度干旱胁迫时的抽雄期(叶干物质分配系数增加0.17)响应最敏感.穗干物质分配系数对干旱胁迫表现为负响应,干旱胁迫越严重,分配系数越小,轻-重度干旱胁迫使穗干物质分配系数减小0.08~0.34.茎干物质分配系数对干旱胁迫的响应总体表现为灌浆期(正响应)＞抽雄期(负响应)＞苗期(负响应).     

干旱胁迫对玉米苗期叶片光合作用和保护酶的影响

以玉米品种郑单958(抗旱性强)和陕单902(抗旱性弱)为材料,采用盆栽控水试验,设置3个干旱处理(轻度干旱,中度干旱,重度干旱)和正常灌水,研究了干旱胁迫对玉米苗期叶片光合速率、叶绿素荧光以及相关生理指标的影响。结果表明:(1)干旱胁迫下2个品种叶片净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s)显著下降,胞间CO₂浓度(C_i)出现了先下降后上升,而气孔限制值(L_s)上升后下降,说明中度干旱胁迫下叶片P_n下降是气孔因素引起的,重度干旱胁迫下P_n降低主要由非气孔因素引起的。(2)随着干旱胁迫的加剧,2个品种叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)的实际量子产量(φPSⅡ)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭(qP)一直下降,而非光化学猝灭(qN)上升后下降,说明中度干旱下热耗散仍是植株重要光保护机制,重度干旱时叶片光合电子传递受阻,PSⅡ受到损伤。(3)干旱胁迫下2个品种叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性先升高后降低,而丙二醛(MDA)含量一直升高,说明干旱胁迫初期对保护系统酶活性升高有诱导作用,重度胁迫下活性氧清除酶的活性下降,导致细胞膜伤害。这些结果暗示,轻度和中度干旱胁迫下2个玉米品种通过减少光捕获、热耗散和酶活性调节协同作用稳定了光合机构功能,是P_n下降的气孔限制因素;而重度干旱胁迫下光系统Ⅱ和抗氧化酶系统损伤,是P_n下降的非气孔限制因素;郑单958的各生理参数比陕单902受旱影响小,干旱胁迫下仍具有较高的光合效率和较强的保护酶活性是郑单958抗旱的主要生理原因。     

施肥对干旱胁迫下夏玉米根系提水的调节作用研究

以耐旱性玉米品种'郑单958号'为材料,采用两室分根土培装置,通过时域反射计(TDR)对上下土层土壤含水量进行控制和观测,研究施肥对干旱胁迫条件下玉米根系提水作用的影响.结果表明,玉米根系在土层上干下湿条件下(即上下层土壤存在一定水势差时)存在明显提水作用;玉米根系提水量在整个生育期呈单峰变化,并以吐丝期最大;上层土壤施肥可以调节玉米根系提水作用强弱,整个生育期根系总提水量表现为NP配施>单施P>CK>单施N, NP配施处理全生育期单株提水量(1 948.6 g)分别是单施P处理、CK和单施N处理的1.5倍、3.1倍和3.5倍.玉米整个生育期根系总提水量与收获期不同层次根系干重和体积存在极显著正相关关系,也与其地上部分生物量和籽粒产量呈极显著或显著正相关关系.可见,玉米根系的提水作用强弱因生育期和施肥处理而变化,施肥主要通过影响根系生长来调节其提水作用;在一定水分环境条件下,玉米根系提水作用能促进作物生长,提高其籽粒产量.     

施用有机无机复混肥对夏玉米生长和水分利用的影响

对农业废弃物无害化处理后,添加一定的无机肥后制作成有机无机复混肥,使其肥料化资源利用.为了进一步研究有机无机复混肥的肥效,2001～2003年在夏玉米上进行了连续3年田间试验,试验结果表明,有机无机复混肥可以促进玉米生长,增加玉米生物产量1958.0～2770.5kg·hm-2,改善玉米产量结构,提高玉米籽粒产量866.0～1144.5kg·hm-2.并能降低玉米耗水系数,提高玉米水分利用效率2.680～3.399kg/ mm·hm2 .在旱地施用有机无机复混肥,可以提高旱地水资源的利用效率.     

干旱胁迫对不同耐旱性玉米杂交种产量和根系生理特性的影响

通过盆栽人工模拟干旱试验,研究了全生育期中度干旱胁迫对不同耐旱性玉米杂交种（耐旱：京科628;不耐旱：农大95）产量及根系生理特性的影响.结果表明：干旱胁迫下,耐旱玉米产量比对照减少33.7%,不耐旱玉米则比对照减少62.3%.干旱胁迫下,玉米根系生物量降低且最大值出现时间提前,与对照相比,不耐旱玉米根冠比升高,耐旱玉米根冠比前期升高后期降低;根系活力降低,不耐旱玉米根系活力降低幅度大于耐旱玉米;根系超氧化物歧化酶（SOD）活性前期高于对照后期低于对照,耐旱玉米根系SOD活性开始低于对照的时间比不耐旱玉米晚;根系丙二醛（MDA）含量升高,随干旱胁迫处理时间的延长,不耐旱玉米MDA含量比对照升高的幅度大于耐旱玉米;根系可溶性蛋白含量降低,不耐旱玉米的降低幅度大于耐旱玉米.干旱胁迫下耐旱玉米杂交种根系活力﹑根系SOD活性及可溶性蛋白含量较高,减缓了根系的衰老进程,延长了根系功能期,这可能是耐旱玉米杂交种在干旱胁迫下仍能获得较高产量的重要原因之一.     

Starch biosynthesis contributes to the maintenance of photosynthesis and leaf growth under drought stress in maize

To understand the growth response to drought, we performed a proteomics study in the leaf growth zone of maize (Zea mays L.) seedlings and functionally characterized the role of starch biosynthesis in the regulation of growth, photosynthesis and antioxidant capacity, using the shrunken-2 mutant (sh2), defective in ADP-glucose pyrophosphorylase. Drought altered the abundance of 284 proteins overrepresented for photosynthesis, amino acid, sugar and starch metabolism, and redox-regulation. Changes in protein levels correlated with enzyme activities (increased ATP synthase, cysteine synthase, starch synthase, RuBisCo, peroxiredoxin, glutaredoxin, thioredoxin and decreased triosephosphate isomerase, ferredoxin, cellulose synthase activities, respectively) and metabolite concentrations (increased ATP, cysteine, glycine, serine, starch, proline and decreased cellulose levels). The sh2 mutant showed a reduced increase of starch levels under drought conditions, leading to soluble sugar starvation at the end of the night and correlating with an inhibition of leaf growth rates. Increased RuBisCo activity and pigment concentrations observed in WT, in response to drought, were lacking in the mutant, which suffered more oxidative damage and recovered more slowly after re-watering. These results demonstrate that starch biosynthesis contributes to maintaining leaf growth under drought stress and facilitates enhanced carbon acquisition upon recovery.     

播种深度对夏玉米幼苗性状和根系特性的影响

选用郑单958(ZD958)和先玉335(XY335)为试验材料,在砂培和大田条件下设置3、5、7和9 cm 4个播种深度,并在大田条件下以不同播种深度混播作为对照(CK),研究播种深度对夏玉米幼苗性状和根系特性的影响.结果表明： 随着播种深度的增加,夏玉米的出苗率下降,出苗时间延长.ZD958和XY335播深9 cm的出苗率较3 cm的分别降低9.4%和11.8%,出苗时间较3 cm的均延长1.5 d.随着播种深度的增加,幼苗长度及幼苗整齐度显著降低,中胚轴长度显著增加,胚芽鞘长度差异不显著;初生胚根长度逐渐减小,次生胚根总长度逐渐增加,总根长度差异不显著;幼苗与中胚轴的总干质量增加,总根干质量差异不显著.随播种深度的增加,种子萌发时幼苗各部位可溶性糖含量增加,营养物质消耗量增加,幼苗根系生长速度增加,根系活力降低,总节根数及节根层数增加.播深增加后出苗率及幼苗活力的降低导致收获穗数的显著降低,最终影响产量形成.此外,播深一致有利于群体整齐度的提高和群体性状的改善,从而提高产量.     

河北固城夏玉米比叶面积对水分梯度的响应

基于河北固城农试站2013-2015年夏玉米田间水分控制试验,研究了夏玉米比叶面积(SLA)随发育期的变化趋势,并分主要发育时段探讨了SLA与水分梯度的定量关系。结果表明,从七叶期开始夏玉米SLA随发育进程的推进总体呈下降趋势,七叶期至成熟期SLA变化范围平均为14.6-34.9m~2/kg。尽管干旱胁迫会明显降低夏玉米地上绿叶面积和干重,但却使SLA表现出"补偿性"增大,用于弥补干旱胁迫导致光合产物不足引起的叶片扩张乏力。夏玉米出苗-拔节期、抽雄-成熟期土壤相对湿度(θ)每降低1%,SLA分别上升0.45m~2/kg和0.07m~2/kg,表明出苗-拔节期夏玉米对干旱的"适应"能力更强;而拔节-抽雄期SLA与θ的关系较为复杂,表现为先增大后减小的抛物线型。     

不同水分条件下控释尿素对夏玉米产量和叶片衰老特性的影响

采用旱棚土柱试验,以郑单958为材料,研究不同水分处理(重度干旱胁迫W₁、轻度干旱胁迫W₂、正常水分条件W₃)和不同控释尿素施氮处理(N₀:不施氮肥;低氮N₁:施纯氮150 kg·hm^-2;中氮N₂:施纯氮225 kg·hm^-2;高氮N₃:施纯氮300 kg·hm^-2)对夏玉米产量及叶片衰老特性的影响.结果表明: 控释尿素与水分耦合对延缓叶片衰老、提高功能叶作用时间和效率以及提高产量方面存在显著互作效应.相同氮素条件下,随着土壤水分含量的增加,夏玉米叶面积指数(LAI)、穗位叶叶绿素含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性均显著提高,可溶性蛋白含量增加,而丙二醛(MDA)含量显著降低,产量增加;相同水分条件下,随着施氮量的增加,夏玉米LAI、穗位叶叶绿素含量及各种保护酶活性均显著提高,可溶性蛋白含量增加,而MDA含量显著降低,产量也呈增加趋势.但处理W₃N₃、W₃N₂和W₂N₃之间差异不显著,且相对于其他处理,各项指标(MDA除外)均保持较高水平,MDA含量较低,表明控释尿素与水分的耦合效应有利于维持穗位叶功能,延缓叶片衰老,促进光合产物的生产,进而提高夏玉米产量.综合产量、叶面积指数、叶绿素含量和各种保护酶活性及MDA、可溶性蛋白含量,在土壤含水量为(75±5)%的田间持水量条件下(正常水分),控释尿素施氮量超过225 kg N·hm^-2后,继续增施氮肥不能持续提高花后叶片的保护酶活性,且导致保护酶活性下降加快,MDA含量显著升高,加速植株衰老,不利于氮素的高效利用;在土壤含水量为(55±5)%的田间持水量条件下,控释尿素施氮量在300 kg N·hm^-2条件下水氮耦合效应最佳.     

冬小麦-夏玉米播前耕作对夏玉米叶片衰老特性的影响

以‘郑单958(ZD958)’为试验材料,设置冬小麦播前旋耕夏玉米播前免耕(RN)、冬小麦播前翻耕夏玉米播前免耕(MN)和冬小麦播前翻耕夏玉米播前旋耕(MR)3个处理,研究冬小麦-夏玉米播前耕作条件下夏玉米叶面积、叶片光合色素含量、可溶性蛋白含量、叶片保护酶活性及丙二醛(MDA)含量的变化.结果表明:从抽雄期(VT)到抽雄后40 d(VT+40),MN与MR的叶面积显著高于RN;从VT+40到成熟期(R6),MR的叶面积下降幅度显著高于其他处理.叶片光合色素含量呈单峰曲线变化,抽雄后20 d(VT+20)达最高值,之后逐渐下降;与RN相比,MR和MN的叶绿素a含量分别提高11.4％和9.7％,叶绿素b含量分别提高14.9％和15.9％.随着生育进程的推进,各处理的穗位叶可溶性蛋白含量呈下降趋势,MR与MN处理VT～VT+40维持较高水平,较RN分别提高11.5％和24.4％;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均呈单峰曲线变化,VT+20时期达到最大值,之后逐渐下降,MR与MN的SOD、CAT和POD活性从VT到VT+40维持较高水平;MDA含量均呈上升趋势,RN始终高于MN和MR.与RN相比,MN和MR平均增产24.0％和30.6％;与MN相比,MR平均增产5.2％.MN可有效延缓叶片衰老,有利于产量提高.     

干旱胁迫对玉米叶片光合特性和穗发育特征的影响

玉米是需水量较大的粮食作物之一,拔节至开花的穗期是其一生中的需水临界期,研究玉米穗期对干旱胁迫的响应机制对提高玉米干旱适应性具有重要意义。以筛选后的干旱敏感自交系PH6WC(6WC)和抗旱自交系郑58(Z58)为试验材料,采用测坑控水试验,于穗期设置3个水分处理(正常灌水CK、轻度干旱LD、中度干旱MD),研究了穗期不同水分处理对雌雄穗发育特性、开花吐丝间隔以及穗位叶光合特性的影响。结果表明:LD对Z58的株高、雄穗生长特性、叶绿素相对含量和光系统II最大光化学效率没有显著影响,但雌穗长显著降低;MD显著降低了Z58的穗位叶光合特性、雌雄穗的穗长和干物质积累。对于6WC,LD抑制了其植株生长和穗的发育,使雌穗长、雌穗直径、雄穗长、干物质向穗的分配比率、穗位叶的叶绿素a、叶绿素b和光合性能综合指数(PI_ABS)分别降低了35.3%、11.8%、20.6%、25%、21.1%、20%、23.8%;干旱胁迫程度越重对6WC雌雄穗的发育影响越大。此外,LD与MD分别延长6WC的开花吐丝间隔期(ASI)至5天、9天,LD和MD分别延长Z58的ASI 0、3天。综上所述:穗期...